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DSP技术的最新动向

工程师
2008-06-05 10:16:14     打赏
DSP力求最佳表现 DSP程序员孜孜以求的是程序功能发挥到极致、尽善尽美。然而谈何容易?在很多情况下,DSP程序员就象是导演,而DSP则是影星——由DSP登台表演,它需要程序员即导演技艺超群,并与演员同心协力。 DSP程序员“权力欲望”极盛(当然只是个比喻),予取予求,无尽无休,但是,也象好莱坞大牌导演和明星们一样,表现仍然难以尽如人意。 DSP架构相对复杂,以致DSP很难给出最佳表现。要随时随地都做得最好,就需要付出很多时间和努力,因为相关代码的兼容性最为重要。 正在前进 要提升DSP功能,决不象听起来那样简单,特别是当代码兼容性为第一优先时。它基本上排除了任何的架构改变,除非这些改变在软件结构上畅通无阻。 历史上,提高性能最容易的捷径是缩减电路体积。TI就是这样研制了 TMS320C6416,它是该公司以90nm工艺制造的第一款DSP。它以1GHz速度运行,是TI的90nm路线图的重要组成部分,该路线图在 2003年1月从无线数字基带器件开始启动,一直延续到2005年引入内嵌 FRAM(铁电 RAM)的计划。 按照TI欧洲DSP产品组意见,在最新技术开发中,拥有自己的晶圆厂,正在成为越来 越重要的先决条件。大多数集成器件制造商(IDM)整合资源以满足90nm工艺的昂贵成本需求时,用意也是如此。不过,TI是独立经营的少数ASIC供应 商之一,而其它就连IBM和LSI Logic等公司也只是结盟合作来分担经费。 TI正努力成为保持芯片领先地位的主要半导体公司,为此而不惜血本。事实上,TI 投产90nm工艺已经一年,至今仍在认证,由此可见一斑。 当前的工艺每月加工8400个晶圆,有1700个用于研发,其中包括C6416 DSP 样品。但该设备计划在年底前达到预定产量。 再接再厉 最初的那些90nm DSP是用它们上一代的130nm“直接”缩减而来的,“直接”的意思是,不做涉及核心的结构性改变,或者说,仅仅整合外围,而没有涉及到晶体管的结构性改变。 按照TI的说法,所有事情都发生在130nm临界点上。业界普遍认为,从150到 130nm的进步,比从130到90nm的进步更富于挑战性。缩减体积的工艺相对简单,它避开了很多不利因素,使TI得以致力于工艺优化。 90nm工艺意味着,无法在这个层级上“直接”缩减。如前所述,这个缩减需要改变微观架构,实际上在前一个130nm工艺临界点上制作720MHz器件时也是如此。 集中在提升效能上的那些修改,有可能避免频率较高时流水线的匮乏。 特别是TI给8个宽VLIW指令添加了替代字SIMD(单指令/多数据)扩展,以便更能压缩代码,并且更有效地利用流水线功能单元。 大体上,这意味着TI力求改善VLIW架构的固有问题—从内存中取出超长的字,而由于功能单元的适用性,其中只有一部分字才用得上。 只改善VLIW架构还不能提高DSP在理论上的速度——假定所有VLIW都被用于每个取出行程,因而被时钟速度确定——但它确实提高了实际速度——在每个VLIW行程中可用指令的实际数量。 其他特别要在1GHz运行时处理的问题有,减少信号在芯片长度上通过的时间延迟,和优化主要速度路径与内存流水线。 看看价钱 这种方式将最终确保更快地提高90nm系列的产量,而与1GHz DSP的关联可能不是那样明显。例如,在这个器件上若不增加第一级或第二级高速缓存,片上内存能支持 1GHz的功能吗? 代码兼容性问题不应当成为问题,但速度兼容性呢? TI说,为720MHz部分写的运行的程序,可移植到1GHz器件而无需修改。但这仅仅是说不需要做功能性修改,考虑到更快的核心运行速度所产生的效应,它是否完全不需要修改还尚待观察。 不增加片上内存,内核似乎需要更频繁地访问内存。TI主张,保持外存接口可以在比1GHz更高的速度上操作,将不会造成瓶颈。但是可能会挂断接口。 TI声称,将来的器件可能会包括,通常在其他高速处理器上才能找到的双重或四联组数据比率的SRAM接口。 未来发布的 TI编程工具将能模拟1GHz运作,有助于清除某些不实的臆测。 工艺缩减降低了硅材料的需求量,导致整体成本的下降,这已经是不争的事实,C6416也确实如此。 1GHz/90nm器件带来了价格优势,它们竟比720MHz/130nm器件还便宜。那些90nm 器件不是按速度(比 720MHz 快)定价——过去速度越快的产品越贵而不会越廉——售价大约只有720MHz/130nm部件的一半,显示了真正的“直接”节省。 DSP性价比倍增 DSP市场在很大程度上由于手机需求而在2003年强烈反弹。2003年销售收入劲增27%,高达62亿美元,2004年增长率看来也不相上下。而数量增长率甚至还要更高——2003和2004年分别为55%和33%。并且,芯片厂商正在提供性价比更高的DSP产品。 大多数DSP产品非常廉价,一般说来单价还不到6美元。也有性能很高的,如 TI的C6000系列或ADI的TigerSharc芯片,运行速度高达10~100倍以上。这些高端产品在整个DSP市场只是一个很小的塔尖,大约才占 1%。但是,它们是并行程度逐渐增加的高性能架构。高端DSP针对语音和话音识别、视频和图像处理,也用于手机基站、高端彩色打印机、医学成像和很多其他 用途。虽然技术开发时定位于高端应用,但也开始向大众市场挺进。 2004年,无线通信特别是手机将继续是DSP市场推动力。手机市场份额高达DSP销售的68%。从一开始,TI就雄踞DSP市场首位,看来它在今年仍将继续领先,为DSP技术潮流定调,但肯定还会有其他厂商紧追不舍。 手机和新功能的需求,为DSP厂商营造了更富于挑战性的环境。2004年将会看到手机功能向3G技术、智能电话和PDA过渡。通过这些改进过的新性能,手机厂商正翘首以待大额订单,服务提供商也在坐等钵满盘满。 为提供这些功能,手机用的大多数DSP内核还需要与ARM CPU内核协同工作,这在数字基带芯片组及其配套产品、应用媒体处理器中可以见到。现在,数字基带使用 ARM7内核和DSP内核处理通信。应用媒体处理器为图像处理和视频等高级性能提供计算能力。该处理器通常以ARM9内核和DSP内核或一些DSP功能为 特色。 TI以其OMAP方案极其有力地推动了市场,OMAP方案是该公司路线图的点睛之笔。 OMAP整合了基带处理器(TI 的 C55x 内核)和应用处理器(ARM925 内核),连同很多的外围。OMAP与TI的基带芯片组结合在一起。 在基带市场挑战TI的是Qualcomm。在基带和媒体处理领域,其他劲旅还包括: STM、Freescale(前Motorola半导体部)、Philips(Nexperia)和Intel。手持式产品市场也并非 ARM 独霸天下。Renesas 已经取得了 SH-RISC 的成功,还有几个具备 DSP 功能的 SH 版本。另有两个较小的厂商各自致力于其媒体处理器在成像和视频功能方面的改进,这两个厂商是NeoMagic和在2003年并购了MediaQ的 nVidia公司。 软件可配置的高并行DSP阵列处理器,代表了在市场崛起的另一股新生力量。十余家小厂商正在展示各种新架构,这些架构能提供以前超级计算机才具备的强大功能。这些厂商包括Cradle Technologies、QuickSilver、Morphos、PACT等。 区别一个单机 DSP 将会逐渐变得困难,因为集成整个系统于一块芯片已是大势所趋。它将仰赖芯片厂商如何选择产品的类别归属。不过,无论名称或工具如何,DSP在无线通信领域的重要性都与日俱增。



关键词: 技术     新动向     速度    

工程师
2008-06-06 10:37:44     打赏
2楼
字好小呀

工程师
2008-06-13 17:33:28     打赏
3楼
要用放大镜了

菜鸟
2008-07-12 17:02:40     打赏
4楼
希望能把字放大点!
这样看的好累!

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